Druck- und Wegsensoren mit IO-Link Mehr Produktionseffizienz und Sicherheit

Von Silvano Böni

Macchi S.p.A., Hersteller von Blasfolienextrusionsanlagen, optimierte seine Extruder für Industrie 4.0 – mit modernster Sensor- und Automatisierungstechnik des Schweizer Herstellers Sensormate.

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Die Extruder von Macchi sind bereit für Industrie 4.0 – dank präziser Schmelzedruckmessumformer mit digitalem IO-Link-Ausgang von Sensormate.
Die Extruder von Macchi sind bereit für Industrie 4.0 – dank präziser Schmelzedruckmessumformer mit digitalem IO-Link-Ausgang von Sensormate.
(Bild: Macchi S.p.A.)

Sensormate, eine hundertprozentige Tochter der Gefran S.p.A., verfügt über jahrelange Erfahrung in der Entwicklung und Fertigung von Sensoren, Controllern und Automatisierungslösungen für die Kunststoffindustrie. Dieses Know-how war entscheidend bei der Entwicklung eines kompletten Lösungspakets aus Schmelzedruckmessumformern und magnetostriktiven Wegaufnehmern mit digitalem IO-Link-Ausgang inklusive der Integration aller Systeme für Macchi S.p.A. Das 1961 gegründete, italienische Unternehmen ist einer der führenden Entwickler und Produzenten von Extrusionsanlagen für die Blasfolienfertigung. Die Produktpalette umfasst Anlagen für ein bis neun Folienschichten und Folienbreiten von 800 bis 4000 Millimetern. Sie alle zeichnen sich dadurch aus, dass sie es den Anwendern ermöglichen, flexibel auf die Anforderungen eines sich stetig weiter entwickelnden Marktes zu reagieren.

Einer dieser Markttrends ist die zunehmende Digitalisierung und Vernetzung von Produktionsprozessen im Zuge von Industrie 4.0. Ziel ist die Smart Factory. Dabei sind intelligente Sensoren und Aktoren unverzichtbar für einen optimalen Datenaustausch zwischen Maschinen und eine erfolgreiche Mensch-zu-Maschine-Kommunikation. Sie dienen darüber hinaus der Maschinensteuerung und -synchronisierung sowie der Überwachung der Produktionsanlagen und gewährleisten die Maschinensicherheit.

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Intelligente Sensoren mit IO-Link

Voraussetzung für die Einbindung der Sensoren in automatisierte Systeme sind entsprechende Schnittstellen und Kommunikationsprotokolle wie beispielsweise der im Maschinenbau standardisierte, digitale Kommunikationsstandard IO-Link. Er ermöglicht die bidirektionale Kommunikation – selbst mit Komponenten auf unterster Feldebene. Kombiniert mit Diagnosefunktionen und der Fähigkeit zur Übertragung verschiedener Prozessparameter tragen IO-Link-Sensoren auch zu einer besseren Anlagenverfügbarkeit durch vorbeugende Instandhaltung und einer Optimierung der Produktqualität bei.

Diese Vorteile – prozesstechnische Optimierung und Industrie 4.0-Tauglichkeit – nutzt auch Macchi für seine Extruder und integriert in seine Anlagen Schmelzedruckmessumformer mit digitalem IO-Link-Ausgang zur präzisen Erfassung des Schmelzedrucks sowie ebenfalls mit IO-Link ausgestattete magnetostriktive Wegaufnehmer von Sensormate zur präzisen Positionserfassung der hydraulischen Achsen der Extrusionsanlagen.

Quecksilberfreie Schmelzedrucksensoren: hohe Produktqualität und Anlagenzuverlässigkeit garantiert

Passend zur Unternehmensphilosophie, die auf Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung ausgerichtet ist, fiel die Wahl auf umweltfreundliche, füllmedienfreie Impact-Schmelzedrucksensoren und ökologisch ebenso unbedenkliche, mit Natrium-Kalium gefüllte Massedruckmessumfomer. Beide Sensortypen gehören zur Baureihe IL, die Sensormate eigens für die Anforderungen von Industrie 4.0 entwickelte und mit dem Kommunikationsstandard IO-Link ausstattete.

Sowohl die sich selbstüberwachenden Impact-Massedrucksensoren (Innovative Melt Pressure Accurate Transductor) als auch die gefüllten Sensoren sind SIL2-zertifiziert und verfügen über eine Überdruckabschaltung nach PL d. Sie erfassen den Schmelzedruck in den Macchi-Extrudern auch bei hohen Temperaturen von 350 °C (ILI) bis über 500° C (ILK) absolut präzise, erkennen Überdrücke zuverlässig und schalten die Anlage rechtzeitig selbsttätig ab.

Zusätzlich überwacht der Sensor verschiedene sicherheitskritische Zustände, darunter die Brückenspannung, die Funktion der Vorverstärkerstufe, die Temperatur im Verstärkergehäuse und die Versorgungsspannung. Damit verbessern die Sensoren die Maschinensicherheit und die Anlagenzuverlässigkeit gleichermassen. Zudem sorgt die kontinuierliche Überwachung und Regelung des Schmelzedrucks für eine gleichbleibend hohe Qualität des Endprodukts, da die Geometrie des Extrudats und damit seine Qualität über den Schmelzedruck bestimmt wird.

Ergänzend zum Drucksignal zeichnen die Sensoren Temperaturverläufe auf und erfassen auch die Gesamtbetriebsstunden des Sensors unter Druck. Damit gestatten sie die Entwicklung von Algorithmen, die eine bessere Produktivität und gleichzeitig eine längere Lebensdauer des Extruders sicherstellen.

Berührungslose Positionsgeber für mehr Präzision

In den hydraulischen Achsen seiner Blasfolienextrusionsanlagen ersetzte Macchi herkömmliche Wegsensoren durch magnetostriktive Wegaufnehmer mit Hyperwave-Technologie und digitalem IO-Link Ausgang von Sensormate. Die kontaktlosen cULus-zertifizierten Positionssensoren mit IO-Link 1.1 sind derzeit die einzigen Wegaufnehmer auf dem Markt, die zyklische Daten über Cursor-Position und Bewegungsgeschwindigkeit liefern können. Für den Anwender entfällt damit ein andernfalls erforderlicher Rechenschritt, um diese Informationen über die Steuerung zu erhalten. Sie sind extrem messgenau und resistent gegen EMV-Störungen und Vibrationen und lassen sich optimal in Industrie 4.0-Architekturen mittelgrosser und grosser Maschinen der unterschiedlichsten Industriebereiche integrieren.

Ebenso wie die sich selbstüberwachenden Schmelzedrucksensoren erlauben auch die Hyperwave-Wegaufnehmer dank der genauen Interpretation grosser Informationsmenge die vorbeugende Wartung von Sensor und Maschine und steigern damit die Prozesseffizienz. Überdies zeichnen sie sich durch einen besonders schnellen Datenaustausch aus, da der IO-Link-Master die Parameter neu konfiguriert und so an den Sensor anpasst. Standardisierte IO-Link-Verbindungskabel garantieren zudem eine vereinfachte Installation.

Mehr als nur Komponenten

Doch Sensormate lieferte nicht nur die digitalisierten Sensoren. «Das Lösungspaket zur Steigerung der Produktionseffizienz unserer Extruder beinhaltete auch die erforderlichen Automatisierungsplattformen, die uns die Möglichkeit zu Fernwartung und Remoteservice geben, sowie die Integration aller Komponenten in die Extrusionsanlagen und nicht zuletzt eine umfassende Beratung bei der Planung, der Entwicklung und dem Bau der Schalttafeln», erklärt Cristiano Procopio, F&E-Direktor von Macchi.

Dabei unterstützte Sensormate insbesondere das F&E-Team bei der Erstellung einer Ad-hoc-Software für die Verwaltung der Produktionslinie auf mehreren Plattformen und die Prozessautomatisierung. «Die Kombination und der Austausch des F&E-Know-hows von Macchi und Sensormate tragen ganz wesentlich zu der hervorragenden Performance unserer Extruder bei», so Cristiano Procopio und sein Kollege Matteo Spinola, Sales & Marketing Director von Macchi, ergänzt: «Neben der extremen Zuverlässigkeit in Bezug auf Produktqualität und reduzierte Durchlaufzeit ist der Beratungsaspekt für uns das eigentliche Plus der Zusammenarbeit. Sensormate ist ein qualifizierter Partner, der uns innovative Lösungen vorschlägt und uns bei der Entwicklung neuer und der Umrüstung bestehender Anlagen seit vielen Jahren mit grosser Flexibilität und Professionalität zur Seite steht.» SMM

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